Unidad II Conmutación.

Unidad II Conmutación. 2 Multicanalización (Frecuencia, Tiempo) Multiplexación. Se le llama al conjunto de técnicas que permiten la transmisión simultánea de múltiples señales a través de un solo enlace físico. En un sistema multiplexado, n líneas comparten el ancho de banda de un enlace, como se muestra en la figura. Las cuatro líneas de la derecha son los canales que entran al multiplexor y se multiplexan en una sola línea, para después pasar por el demultiplexor y sacar los 4 canales. Las técnicas básicas de multiplexación son tres, multiplexación por división de frecuencia (FDM), multiplexación por división de onda (WDM) y multiplexación por división de tiempo (TDM). Multiplexación por división de frecuencia. FDM Esta técnica se aplica a señales analógicas. Se aplica cuando el ancho de banda del enlace en Hz es mayor que la combinación de los anchos de banda de las señales que se desean transmitir. En esta técnica las señales originales son moduladas a diferentes frecuencias (portadoras). Estas señales moduladas son combinadas en una sola señal que será la que transporte el conjunto de señales. Las señales portadoras son separadas por una banda de guarda. 1

Problema. 1.- Necesitamos combinar tres señales de voz en un enlace con ancho de banda de 14 KHz, desde los 20 a los 34KHz. Considerando banda de guarda, muestre con un diagrama la configuración de las frecuencias. Solución Multiplexación por división de Tiempo (TDM) Es un proceso digital que permite que varias conexiones compartan un enlace de gran ancho de banda. En lugar de compartir una parte del ancho de banda como lo hace FDM, en esta técnica el tiempo es compartido. Cada conexión utiliza en un lapso de tiempo determinado el enlace completo. Espacio de tiempo y Tramas El flujo de datos de cada conexión es dividida en unidades, y el enlace combina una unidad de cada conexión para hacer la trama. El tamaño de la unidad puede ser un bit o varios. Para cada conexión de entrada n la trama se organiza con un mínimo de n espacios de tiempo 2

En TDM, para garantizar el flujo de datos, la proporción de datos transmitidos de un enlace de n conexiones debe ser n veces la proporción de transmisión de los datos. Como se puede ver en la figura. Por lo tanto la duración de una unidad en una conexión es n veces la duración de un espacio de tiempo de una trama. Por ejemplo. Cuatro conexiones de 1Kbps están multiplexadas. La unidad es de 1 bit. Encuentre. 1) la duración de un bit antes del multiplexor. 2) la velocidad de transmisión del enlace. 3) La duración del espacio de tiempo y 4) la duración de la trama. 1) 1/1kbps 1ms 2) El enlace es n veces la velocidad de las conexiones 4*1Kbps 3) La duración del espacio de tiempo 1/4Kbps 250us 4) La duración de una trama es 4 veces la duración del espacio de tiempo.1ms 3

Servicio de señal digital.ds La compañía de teléfonos implementa una jerarquía de señales digitales. 64Kbps DS0 24... T D M 1.544Mbps DS1 T D M 7 6.312Mbps DS2 T D M 7 44.376Mbps DS3 T D M 274.176Mbps DS4 Una DS0 es un canal digital sencillo de 64Kbps. DS1 es un servicio de 1.544Mbps 24 canales DS0 mas 8Kbps de cabecera DS2 es un servicio de 6.312Mbps, 96 canales DS0 mas 168Kbps de cabecera. DS3 es un servicio de 44.376Mbps, 672 canales DS0 mas 1.368Kbps de cabecera. DS4 es un servicio de 274.176Mbps, 4032 canales DS0 mas 16.128Kbps de cabecera. Jerarquía Digital Plesincona (PDH) PDH se basa en canales de 64 kbps. En cada nivel de multiplexación se van aumentando el número de canales sobre el medio físico. Existen tres jerarquías PDH la Europea, Norteamericana y Japonesa. La Europea se basa en lo descrito en la norma G732 y la norteamericana y japonesa en la G.733 Tabla con los distintos niveles de multiplexación PDH Norteamérica Europa Japón Nivel Circuitos Kbit/s Denominación Circuitos Kbit/s Denominación Circuitos Kbit/s Denominación 1 24 1,544 (T1) 30 2,048 (E1) 24 1,544 (J1) 2 96 6,312 (T2) 120 8,448 (E2) 96 6,312 (J2) 3 672 44,736 (T3) 480 34,368 (E3) 480 32,064 (J3) 4

4 2016 274,176 (T4) 1920 139,264 (E4) 1440 97,728 (J4) Líneas T Las compañías telefónicas implementan los servicios digitales como líneas T, que tienen la misma capacidad que las líneas DS. T1 DS1 24 canales de voz Características: Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G704. Zona geográfica: Norteamérica y Japón. La portadora T-1 transporta datos a una tasa de 1544 Mbps, incluyendo 24 canales DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Cuatro de estas tramas se multiplexan para originar la portadora T-2. Descripción de trama: Cada uno de los 24 canales de T-1 transporta 8 bits, de los cuales: - 7 son de datos (y el usuario 've' una tasa de 7*8000=56 Kbps) - 1 de señalización de canal (1*8000=8 Kbps/canal). Una trama consiste, en 24*8=192 bits, más uno extra para señalización de trama, lo que arroja un total de 193 bits cada 125us. Esto hace necesaria una capacidad de 1544 Mbps, de la cual: o Velocidad de información: 1344 Mbps. o Señalización total (de cada canal + trama): 200 Mbps. El bit 193 se emplea para sincronización, y sigue el patrón 01010101... Normalmente, el receptor checa este bit para asegurarse que no ha perdido el sincronismo. Si lo pierde, puede emplear este bit para recuperarlo. El patrón está pensado para que los usuarios no puedan generarlo, ya que corresponde con un tono de 4 Khz. E1 DS1 30 canales de voz Características propias: Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G702. También llamada Jerarquía CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication Administration). Zona geográfica: Resto del Mundo (excluyendo a Norteamérica y Japón), aunque con mayor desarrollo en Europa. La portadora E1 tranporta datos a una tasa de 2048 Mbps, incluyendo 32 canales DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Las sucesivas portadoras van multiplicando por 4 su capacidad. Descripción de la trama: Cada uno de los 32 canales de E1 transporta 8 bits y, a diferencia de T-1, la señalización va incluida en cada una de las tramas mediante el uso reservado de 2 de los canales, dejando pues 30 para datos codificados con precisión de 8 bits (con l cual cada usuario dispone de una tasa de 64 Kbps). 5

Cada grupo de 4 tramas permite 64 bits de señalización, la mitad de los cuales son para los canales y la otra mitad para las propias tramas o reservados para uso particular en cada país. Por tanto, la trama está compuesta por 32*8=256 bits que se transmiten en 125us, lo cual origina una tasa de 2048 Mbps, de los cuales: - Tasa de información: 1920 Mbps. - Señalización total (de cada canal + trama): 128 Mbps. A diferencia del caso de la portadora T, el factor de combinación para las sucesivas portadoras en el sistema CEPT es siempre de 4, como se observa en la figura: 6

En la trama, además de los espacios con información se añade uno para sincronización y otro para la señalización. El primer intervalo de tiempo de la trama se utiliza para la sincronización y el espacio de tiempo y el espacio de tiempo 16 se utiliza para la señalización. 2.1- Técnicas de Conmutación. La conmutación es el proceso por el cual se pone en comunicación un usuario con otro, a través de una infraestructura de comunicaciones común, para la transferencia de información. Crea conexiones temporales entre dos o más dispositivos. La conmutación se puede dividir en dos grandes categorías, conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. 7

Conmutación Conmutación de circuitos Conmutación de Paquetes Circuitos virtuales Datagramas 2.2 Conmutación de circuitos. La conmutación de circuitos crea una conexión física directa entre dos dispositivos como son teléfonos o computadoras. La conmutación de circuitos se establece en la capa física para cread circuitos reales, líneas dedicadas entre la fuente y el destino. Los circuitos reales fueron diseñados para transmitir audio en tiempo real (telefonía). En este tipo de conmutación el canal de comunicación se reserva durante todo el tiempo de la llamada. La conmutación de circuitos es un tipo de comunicación que establece o crea un canal dedicado (o circuito) durante la duración de una sesión. Después de que es terminada la sesión (e.g. una llamada telefónica) se libera el canal y éste podrá ser usado por otro par de usuarios. El ejemplo más típico de este tipo de redes es el sistema telefónico la cual enlaza segmentos de cable para crear un circuito o trayectoria única durante la duración de una llamada o sesión. Los sistemas de conmutación de circuitos son ideales para comunicaciones que requieren que los datos/información sean transmitidos en tiempo real. Para realizar la comunicación, el emisor debe de marcar los números del receptos. Una vez que se hayan marcado, la oficina generadora de la llamada buscara un camino hasta la oficina del receptor. Una vez que el canal o circuito se ha establecido, la comunicación se llevara a cabo, y cuando termine la llamada, el canal o circuito serán liberados, este mecanismo es orientado a conexión. Ejemplo del establecimiento de una llamada. Se desea establecer una llamada entre los nodos A y D, se establece la llamada utilizando enlaces intermedios, AB, BC y CD como se muestra en la figura 8

En la figura se puede ver el proceso del establecimiento de llamada entre el nodo A y el D. El nodo A solicita la llamada(en telefonía es marcando los números), esta llamada se establece a través del nodo de conmutación B, en nodo B, detecta que la llamada es para D pasando por C, así que establece el enlace BC, y después C establece el enlace CD con un retardo similar en cada enlace. Entonces el circuito es establecido y se puede realizar la llamada. Mientras esta reservado, los recursos y capacidad de los enlaces son dedicados para la comunicación. Una vez que se completo la conexión, el nodo D envía una señal de confirmación del enlace(en azul) al nodo A, esta señal no tiene ningún retraso ya que todos los enlaces han sido reservados. Comienza la transferencia de datos. Al terminar la transferencia, se envía una señal de desconexión que se propaga por todos los enlaces que se ocuparon. Ventajas. Una vez establecido el circuito, la comunicación es rápida y sin errores. Es muy confiable Desventajas Utiliza muchos bits de cabecera para el establecimiento de la llamada. Desperdicia mucho ancho de banda, especialmente cuando el usuarios esta escuchando y no hablando. El establecimiento del canal o circuito puede durar un mucho tiempo Para superar estas desventajas, se introdujo la técnica de conmutación de paquetes, y en lugar de reservar un canal dedicado para la comunicación, la conmutación de paquetes ruteo paquetes de forma individual. La conmutación de paquetes es no orientada a conexión 9

2.3 Conmutación de paquetes Las redes conmutadas de paquetes se dice que son orientadas a no conexión, porque no establecen una conexión para realizar la comunicación. La conmutación de paquetes maneja dos propuestas. Datagramas y circuitos virtuales. Los datagramas funcionan en la capa de red. Los circuitos virtuales funcionan en la capa de enlace de datos Datagramas. En esta técnica, cada paquete es tratado de forma independiente, incluso si el paquete es solamente una pieza de una transmisión con múltiples paquetes, la red maneja cada uno de ellos de forma independiente. Conmutación de paquetes. Circuitos Virtuales En esta tecnica el paquete pertenece a la misma sesion o mensaje. Al inicio de la sesion se seleccioona una sola rtuta para entre el receptor y el emisor. Cuando se envian los paquetes viajan sobre el mismo enlace uno tras otro. Para crear circuitos virtuales se necesita el establecimiento de llamada entre la fuente y el destino. Al terminar la llamada, se borra el circuito virtual. Despues del establecimiento de llamada el ruteo se realiza basando en el identificador de circuito virtual. Esta tecnica se utiliza en Frame Relay y ATM. Identificador de circuito Virtual.(VCI) Es un pequeño numero que es utilizado por un paquete entre dos switches. Cuando el paquete llega a un switch tiene un VCI, al salir del switch el VCI cambia. VCI VCI Data 14 Data 77 Para que exista la comunicación entre fuente y destino se debe pasar por tres fases: establecimiento de llamada, transferencia de datos y liberación de la llamada Transferencia de datos. Para transferir de la fuente al destino, todos los switches necesitan tener la entrada en sus tablas para el circuito virtual. La tabla en su forma más simple tiene cuatro columnas. Esto es que el switch contiene 4 piezas de información para cada circuito virtual que se ha establecido, como se muestra en la siguiente figura. 10

Entrada Salida Puerto VCI Puerto VCI 1 14 3 22 1 77 2 41 Data 77 Data 14 1 3 Data 22 2 Data 41 En la figura se ve como una trama con VCI 14 llega al switch y según los datos de la tabla del switch el VCI cambia a 22 y la salida es por el puerto 3. lo mismo para con la trama con VCI 77, llega al switch y a la salida lo manda por el puerto 2 con un VCI 41, que es lo que indica en la tabla. La fase de transferencia de datos esta activa hasta que la fuente envia todos sus paquetes al destino. El procedimiento en el switch es el misma para todos las tramas del mensaje. El proceso crea un circuito virtual no un circuito real. Establecimiento de llamada.- en esta fase la fuente y el destino utilizan su dirección global para ayudar a realizar la conexión de acuerdo a las tablas los switches. De que forma se crea el circuito virtual en el switch?. Hay dos tipos de circuitos que se pueden crear. Los circuitos virtuales conmutados (SVC) y los circuitos virtuales permanentes (PVC). Circuitos virtuales permanentes. La entrada en la tabla es establecida por administrador. Establece el VCI de salida para la fuente y para el destino el VCI de entrada. La fuente siempre utiliza el VCI establecido para enviar sus tramas, por el otro lado, el destino sabe que todos los paquetes que tengan el VCI establecido de entrada serán de una fuente en particular. Circuitos Virtuales Conmutados. Los SVC se crean temporalmente, la conexión existe solo cuando se transfiere datos entre la fuente y el destino. Un SVC requiere una establecimiento de conexión y otra de reconocimiento de conexión. Establecimiento de conexión: envia una trama de conexión, pasa por diferentes switches para establecer el camino, asignando VCI y puertos. Reconocimiento de conexión: el destino envía un paquete de reconocimiento a la fuente. Liberación del circuito..- la fuente y el destino informan a los switches que eliminen las entradas de sus tablas. En esta fase la fuente envía una trama especial de petición de liberación del circuito. El destino responde con una trama de confirmación y todos los switches borran las entradas de sus tablas. 11

2.5 Red Telefónica tradicional (SS7) Presentación. Bibliografía Data Communications and Networking Autor: forouzan Introduction to WAN s Lathi B.P. Modern Digital and Analog Communication Systems. Oxford University Press. 1998 Hanrahan H. Integrated Digital Communications. School of Electrical and Information Engineering. University of Witwatersrand, Johannesburg. 2006 http://es.wikipedia.org/wiki/portadora%e2%80%93e 12